Учёные из Университета Мичигана завершили редкий длительный эксперимент по проверке коммерческого уплотнения вала для расплавного соляного реактора (Molten Salt Reactor, MSR). Эксперимент длился 2300 часов и проходил в условиях, имитирующих работу компонентов будущих реакторов на расплавах солей.Для эксперимента была создана специальная установка Shaft Seal Test Facility, в которой проверяли кольцевое графитовое уплотнение. Такие элементы необходимы для герметизации вращающихся деталей насосов и предотвращения выхода агрессивных паров и токсичных газов, включая фтороводород.Реакторы на расплавах солей работают при более высокой температуре и более низком давлении по сравнению с традиционными реакторами, однако требуют надёжных систем герметизации из-за химически активной среды. В установке Университета Мичигана два бака из нержавеющей стали были соединены трубопроводами: нижний бак содержал 32 кг соли FLiNaK, которая под действием перепада давления перемещалась в верхний бак, имитируя условия внутри активной зоны реактора.Фото: Brenda Ahearn, University of Michigan EngineeringFLiNaK — это смесь фторидов лития, натрия и калия, которая по своим свойствам близка к расплавам, используемым в ядерных системах, но не содержит радиоактивных компонентов. Внутри установки вал с электродвигателем вращался со скоростью 1500 оборотов в минуту, а графитовое уплотнение испытывало воздействие высоких температур, паров и различны защитных газов.После 2300 часов работы специалисты не обнаружили значительной коррозии или разрушения уплотнения. При этом потребовалось около 10 дней работы для стабилизации элемента: в процессе притирки трение сформировало микроскопический зазор, который позволил сбалансировать внутреннее давление системы.Эксперимент также показал, что температура работы и скорость вращения вала почти не влияли на эффективность уплотнения. Ключевым фактором оказался выбор защитного газа: аргон обеспечил лучшие показатели по сравнению с гелием и азотом, поддерживая более высокое давление в баке при одинаковых расходах газа.«Это исследование предоставляет важные экспериментальные данные в реалистичных условиях эксплуатации и помогает закрыть пробел в знаниях для проектирования будущих реакторов», — резюмировал Сяодун Сун (Xiaodong Sun), профессор инженерии и радиологических наук Университета Мичигана.Длительные эксперименты с высокотемпературными фторидными солями проводятся крайне редко: менее 10 установок в мире смогли поддержать испытания с более чем 10 кг таких материалов продолжительностью свыше 100 часов. Полученные данные будут полезны при проектировании и масштабировании систем для реакторов на расплавах солей и других энергетических установок.